Le parfum, l’alcool à friction, les médicaments contre le cholestérol et même les processus biologiques dépendent tous d’un processus chimique appelé réaction aldolique. La réaction combine principalement des composés pour former des liaisons carbone-carbone, qui sont incroyablement fortes et confèrent une stabilité à une molécule.
Les amas de catalyseurs constitués d'aluminium et d'oxygène contribuent généralement à accélérer cette réaction, mais les amas comprenant également des éléments de terres rares pourraient offrir des propriétés plus souhaitables et synergiques, selon une équipe de chercheurs basée en Chine.
L’équipe a développé trois de ces clusters, chacun produisant un rendement réel d’au moins 74 % et jusqu’à 86 % du produit final potentiel théorique, considéré comme bon dans un environnement pratique, comme un laboratoire. Ils ont publié leurs résultats dans Polyoxométalates .
"En chimie organique, la réaction aldolique est l'une des méthodes les plus importantes pour la formation de liaisons carbone-carbone", a déclaré l'auteur correspondant Wei-Hui Fang, professeur de recherche au Laboratoire clé d'État de chimie structurale de l'Institut de recherche du Fujian sur les Structure de la matière, Académie chinoise des sciences. "Jusqu'à présent, de nombreux catalyseurs ont été utilisés dans les réactions aldoliques, mais les clusters ont été moins utilisés à cet égard."
Les amas comprennent des atomes liés et sont plus gros qu’une molécule mais plus petits qu’un matériau solide en vrac. Les groupes catalytiques conventionnels, appelés complexes homométalliques, sont constitués d'aluminium et d'oxygène ou d'éléments de terres rares. Cependant, selon Fang, les complexes hétérométalliques combinant les deux sont beaucoup plus rares, malgré des propriétés qui permettraient aux deux composants de mieux fonctionner ensemble.
"Les composés hétérométalliques peuvent conduire à des propriétés synergiques émergentes mais restent relativement inexplorés en raison de systèmes de réaction complexes contenant plus de trois composants, dont deux métaux et des agents de liaison", a déclaré Fang.
Fang et son équipe ont précédemment développé une méthode pour produire des anneaux moléculaires en aluminium chargés d'ions lanthanides simples, qui constituent une classe d'éléments de terres rares connus sous le nom de métaux légers. Ils ont découvert qu’en augmentant la quantité d’aluminium et d’ions lanthanides, ils pouvaient produire un composé en grappe pur avec une structure cristalline. En modifiant la quantité et le type d'ions lanthanides (cérium, praséodyme ou néodyme), ils ont produit les trois amas hétérométalliques.
"Nous avons utilisé une hydrolyse partielle contrôlée par un ligand pour produire ces amas en forme de chapeau", a déclaré Fang. Un tel processus implique l’utilisation de l’eau pour diviser les molécules en composants plus petits qui peuvent se réorganiser en différents complexes. Les ligands, ou ions liés à un atome, peuvent aider à contrôler le processus en empêchant certaines dissociations. "Son arrangement unique de partage de sommet à bord n'a été signalé ni dans les amas oxo de terres rares ni dans les amas d'aluminium."
L'arrangement de partage fait référence à la manière dont les molécules se lient entre elles, les arêtes et les sommets s'appariant de telle manière que les clusters ressemblent à des chapeaux. Les chercheurs ont utilisé diverses techniques d’imagerie et d’analyse chimique pour caractériser les clusters. Ils ont ensuite testé dans quelle mesure chacun d’entre eux accélérait une réaction aldolique avec l’acétone. À 60 °C et après 48 heures, l'amas contenant du cérium a produit un rendement de 86 %, ce que Fang a qualifié d'« excellent ». Le cluster contenant du praséodyme avait un rendement de 84 % et le cluster contenant du néodyme avait un rendement de 74 %.
"On peut voir que la combinaison hétérométallique de l'aluminium et du système des terres rares apporte un type de structure complètement différent des deux systèmes vierges", a déclaré Fang. "Nous prévoyons que l'hydrolyse partielle contrôlée par un ligand continuera à être efficace dans la synthèse hétérométallique."
Plus d'informations : Xiao-Yu Liu et al, Clusters tétramériques cubane Al 9Ln 7 (Ln =Ce, Pr, Nd) comme catalyseurs d'addition d'aldol, Polyoxométalates (2023). DOI :10.26599/POM.2023.9140045
Fourni par Tsinghua University Press
